படிக வடிவமற்றது பலனளிக்காது, சிலிக்கான் எஃகும் பலனளிக்காது – பில்லியன் டாலர் மதிப்பிலான திட நிலை மின்மாற்றிப் போட்டியை நானோ படிகக் கலவையால் தாக்குப்பிடிக்க முடியுமா?

அறிமுகம்

பல தசாப்தங்களாக, மின்மாற்றி உள்ளகங்கள் சிலிக்கான் எஃகால் செய்யப்பட்டு வருகின்றன. இது 50 அல்லது 60 ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்ணில் போதுமான அளவு சிறப்பாகச் செயல்படுகிறது. ஆனால் திட நிலை மின்மாற்றிகள் (SSTs) மின்கட்டமைப்பு அதிர்வெண்ணில் இயங்குவதில்லை – அவை பல்லாயிரக்கணக்கான ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்ணில் இயங்குகின்றன. அந்த அதிர்வெண்களில், சிலிக்கான் எஃகின் சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகள் ஏற்றுக்கொள்ள முடியாத அளவிற்கு அதிகமாகிவிடுகின்றன. உருவமற்ற கலப்புலோகம் சிறந்தது, ஆனால் திட நிலை மின்மாற்றிகள் இயங்கும் நடுத்தர அதிர்வெண் வரம்பில் அதுவும் பின்தங்கிவிடுகிறது.

நானோபடிகக் கலவையானது இவ்விரண்டின் சந்திப்பில் அமைகிறது. இது உயர் ஊடுருவுத்திறன், குறைந்த உள்ளக இழப்பு மற்றும் 1.5 டெஸ்லாவுக்கு (T) மேற்பட்ட செறிவூட்டல் பாய்வு அடர்த்தி ஆகியவற்றை வழங்குகிறது. ஆனால், இது குறிப்பிடத்தக்க தடைகளையும் எதிர்கொள்கிறது. ஒரு தொழில்துறை ஆய்வாளர் கூறியது போல: “நானோபடிகக் கலவையின் தற்போதைய பயன்பாட்டுச் சிக்கல்களை யார் தகர்க்கிறார்களோ, அவர்களே அடுத்த தலைமுறை மின் சாதனங்களின் ஆதிக்க நிலையை அடைவார்கள்”.

பொருள்சார் நிலப்பரப்பு: பழைய தரநிலைகள் ஏன் இனி பொருந்தாது

சிலிக்கான் எஃகு 50 ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்ணில் செயல்படுகிறது. அதை 10 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரை உயர்த்தும்போது, ​​சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகள் திடீரென அதிகரிக்கின்றன. படிகமற்ற கலப்புலோகம் 1–10 கிலோஹெர்ட்ஸ் வரையிலான அதிர்வெண்களை ஓரளவிற்கு நன்றாகக் கையாளுகிறது, ஆனால் அந்த வரம்பிற்கு மேல் அதன் இழப்புகள் வேகமாக அதிகரிக்கின்றன. ஃபெரைட் மிக அதிக அதிர்வெண்களில் செயல்படுகிறது, ஆனால் அதன் செறிவூட்டல் காந்தப் பாய்வு அடர்த்தி 0.5 டெஸ்லாவுக்குக் குறைவாக இருப்பதால், உயர் சக்திப் பயன்பாடுகளுக்கு அதன் உள்ளகங்கள் நடைமுறைக்கு ஒவ்வாத அளவிற்குப் பெரியதாக இருக்கின்றன.

நானோபடிகக் கலவையானது ஒரு மாறுபட்ட சமநிலையை வழங்குகிறது. இது சிலிக்கான் எஃகுடன் ஒப்பிடுகையில் 40–70% வரையிலான உள்ளக இழப்புக் குறைப்புகளை அடைகிறது; மேலும் இதன் செறிவூட்டல் காந்தப் பாய்வு அடர்த்தி 1.5 T-க்கு அதிகமாகவும், காந்த விசைத்திறன் 10 A/m-க்குக் குறைவாகவும் உள்ளது. SST-களுக்கான தற்போதைய பிரதான வடிவமைப்பு அதிர்வெண்ணான 20–30 kHz வரம்பில், நானோபடிகத்தின் செயல்திறன் 99%-ஐத் தாண்டுகிறது.

"திட நிலை மின்மாற்றிகளுக்கு நானோபடிகக் கலவையே மைய உத்திசார் பொருளாகும்," என்று, சீன மின்சார உபகரணத் தொழில் சங்கத்தின் படிகமற்ற உலோகக் கலவைப் பொருட்கள் பயன்பாட்டுக் கிளையின் பொதுச் செயலாளர் ஜாங் ஹுவா, ஏப்ரல் 2026-ல் நடைபெற்ற 2வது திட நிலை மின்மாற்றித் தொழில் மேம்பாட்டுக் கருத்தரங்கில் கூறினார்.

நானோகிரிஸ்டலின் வளர்ச்சியைத் தடுக்கும் நான்கு தடைகள்

அதன் கோட்பாட்டு நன்மைகள் இருந்தபோதிலும், நானோபடிகம் நான்கு நடைமுறைச் சவால்களை எதிர்கொள்கிறது, அவை அதன் பயன்பாட்டை மெதுவாக்கியுள்ளன.

உயர் அதிர்வெண் இழப்புகள் இன்னும் மேம்படுவதற்கு வாய்ப்புள்ளது.50 kHz மற்றும் 0.2 T-இல், நானோபடிக இழப்புகள் படிகமற்ற இழப்புகளை விடச் சிறந்தவை, ஆனால் அவை மொத்த அமைப்பு இழப்பில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க பங்கைக் கொண்டுள்ளன. மிக மெல்லிய நாடா (14 μm மற்றும் அதற்குக் குறைவானது) போட்டியின் முன்னணி எல்லையாக மாறியுள்ளது – 12 μm நாடாவால் இழப்புகளைப் பாதியாகக் குறைக்க முடியும், ஆனால் அதிக செலவில்.

வடிவமைப்பதும் செயலாக்குவதும் கடினமானவை.நானோபடிகக் கலப்புலோகம் எளிதில் உடையக்கூடியது, இது பெரிய உள்ளகங்களை உருவாக்குவதை மிகவும் சவாலானதாக ஆக்குகிறது. அதிக சக்தி வாய்ந்த SST-களுக்கு பல உள்ளகத் துண்டுகளை ஒன்றாக இணைக்க வேண்டியுள்ளது, மேலும் இணைப்புப் புள்ளிகளில் உள்ள காற்று இடைவெளி சீரமைப்பு ஒரு கடினமான பிரச்சனையாகவே நீடிக்கிறது.

வெப்ப நிலைத்தன்மை குறைவாக உள்ளது.இயக்க வெப்பநிலை உச்சவரம்பு 105–120°C ஆகும். ஃபெரைட்டை விடச் சிறந்ததாக இருந்தாலும், உயர் வெப்பநிலைகளில் செறிவூட்டல் பாய்வு அடர்த்தி இன்னமும் குறைகிறது. அதிக சக்தி வாய்ந்த திடக் காற்று வெப்பக் கடத்திகள் (SSTs) பெரும்பாலும் மோசமான வெப்பச் சிதறலைக் கொண்டிருப்பதால், அவை குறிப்பிட்ட இடங்களில் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்கி, பொருளின் செயல்திறனை மேலும் சீர்குலைக்கின்றன.

உயர் அதிர்வெண் இரைச்சல் ஒரு பிரச்சனையாகும்.படிகமற்ற அமைப்பைக் காட்டிலும் நானோபடிக அமைப்புக்குக் காந்தச் சுருக்கம் குறைவாக உள்ளது, ஆனாலும் அது அதிர்ந்து உயர் அதிர்வெண்களில் இரைச்சலை உருவாக்குகிறது. உள்ளகம் பாதுகாக்கப்படுவதற்கும் இரைச்சலைக் குறைப்பதற்கும் பொதுவாக எப்பாக்சி உட்புகுத்தல் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

இந்தப் பொருள் சார்ந்த சிக்கல்களைத் தாண்டி, பயன்பாட்டு மட்டத்தில் மூன்று முக்கியப் பிரச்சினைகள் நீடிக்கின்றன.

செயல்பாட்டுப் பாய்வு அடர்த்தி கடுமையாகக் குறைக்கப்பட வேண்டும்.நானோகிரிஸ்டலின் சுமார் 1.2 T நிறைவுப் பாய்வு அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் 50 kHz-ல், நடைமுறை வடிவமைப்பு வரம்பு வெறும் 0.25–0.35 T ஆகக் குறைகிறது. 0.35 T-ஐத் தாண்டும்போது, ​​உள்ளக இழப்புகள் திடீரென அதிகரித்து, வெப்பப் புள்ளி வெப்பநிலைகளைக் கட்டுப்பாடின்றி உயர்த்துகின்றன.

உயர் அதிர்வெண் இழப்பைக் கணக்கிடுவது கடினமானது.உயர் அதிர்வெண்களில், நானோபடிகமானது பட்டைகளுக்கு இடையேயான சுழல் மின்னோட்டங்கள் மற்றும் இயக்க இழப்புகள் போன்ற சிக்கலான நேரியல் அல்லாத விளைவுகளை வெளிப்படுத்துகிறது. கோட்பாட்டுரீதியான கணக்கீடுகள் உண்மையான செயல்திறனிலிருந்து கணிசமாக வேறுபடுகின்றன; முன்மாதிரி சோதனையுடன் இணைந்த வரையறுக்கப்பட்ட கூறு உருவகப்படுத்துதல் மட்டுமே நம்பகமான தரவுகளை அளிக்கிறது.

உயர் மின்னழுத்தம், உயர் அதிர்வெண் நிலைகளில் மின்காப்பு வடிவமைப்பு சவாலானது.50 kHz சதுர அலை மின்னழுத்தத்தில் இயங்கும்போது 20 kV மின்னழுத்தத் தனிமைப்படுத்தலை அடைவது, தீவிரமான பகுதி மின்னிறக்க அபாயத்தை உருவாக்குகிறது. ஊர்ந்து செல்லும் தூரம் 32 மிமீ-க்கு அதிகமாகவும், இடைவெளித் தூரம் 16 மிமீ-க்கு அதிகமாகவும் இருக்க வேண்டும் – இவை மட்டுமே சாதனத்தின் கன அளவில் கிட்டத்தட்ட 40%-ஐ எடுத்துக்கொள்கின்றன. மேலும், நானோபடிக உள்ளகம் 0.2 மிமீ பாலிமைடு உருளையுடன் பொருத்தப்பட்டு, பாட்டிங் சிலிக்கான் கொண்டு சீல் செய்யப்பட வேண்டும்.

சந்தையும் வாய்ப்பும்

இதில் பெரும் சவால்கள் உள்ளன. 2025-ல், சீனாவின் உருவமற்ற மற்றும் நானோபடிக மென் காந்தப் பொருட்களின் சந்தை (சாதனங்கள் உட்பட) 30 பில்லியன் யுவானைத் தாண்டியது. இந்தத் துறை, மற்ற மென் காந்தப் பொருட்களின் பிரிவுகளை விட வேகமாக வளர்ந்து வருகிறது, மேலும் உலகளாவிய சந்தைப் பங்கில் 50%-க்கும் அதிகமாக இது கொண்டுள்ளது. தொழில்துறை கணிப்புகளின்படி, உயர் அதிர்வெண் உருவமற்ற மற்றும் நானோபடிகக் கலவைகள் அடுத்த 5-10 ஆண்டுகளில் "நூற்றுக்கணக்கான பில்லியன் யுவான்" மதிப்பிலான தொழில்துறை அளவிலான வருவாயை உருவாக்கும்.

உற்பத்தி மட்டத்தில், சில சீன நிறுவனங்கள் ஏற்கனவே குறிப்பிடத்தக்க திறனை எட்டியுள்ளன. ஒரு உற்பத்தியாளர் தற்போது 14 μm மிக மெல்லிய நானோ படிக நாடாவை உற்பத்தி செய்கிறார்; அதன் தற்போதைய ஆண்டுத் திறன் 3,000 டன்கள் மற்றும் 10,000 டன் திட்டம் ஒன்று கட்டுமானத்தில் உள்ளது. கிளவுட்ரோடின் நானோ படிக உள்ளகங்கள், உயர் அதிர்வெண் மின்மாற்றியின் கன அளவை வழக்கமான தயாரிப்புகளின் பத்தில் ஒரு பங்காகக் குறைத்து, 11.2 kW/L மின் அடர்த்தியையும் 99.6% செயல்திறனையும் அடைந்துள்ளன.

கொள்கை ரீதியாக, மார்ச் 2026-ல் நான்கு அமைச்சகங்களால் கூட்டாக வெளியிடப்பட்ட, ஆற்றல் திறன்மிக்க உபகரணங்களின் உயர்தர மேம்பாட்டிற்கான செயலாக்கத் திட்டம் (2026–2028), அதிக கொள்ளளவு கொண்ட திட நிலை மின்னணு கருவிகளை (SSTs) ஒரு முன்னுரிமை ஊக்குவிப்பு தொழில்நுட்பமாக வெளிப்படையாகப் பட்டியலிட்டுள்ளது. மேலும், சீன மின்சார உபகரணத் தொழில் சங்கம், திட நிலை மின்னணு கருவிகளின் உள்ளகங்களில் பயன்படுத்தப்படும் நானோபடிகப் பொருட்களுக்கான குழுத் தரநிலைகளை வரைவு செய்யும் பணியைத் தொடங்கியுள்ளது.

முடிவு

சிலிக்கான் ஸ்டீல் வழக்கொழிந்துவிட்டது. உருவமற்றது சிறந்தது, ஆனால் SST-கள் செயல்படும் சவாலான நடுத்தர அதிர்வெண் வரம்பிற்கு அது போதுமானதாக இல்லை. முக்கியமான அதிர்வெண்களில், உயர் செறிவூட்டல் பாய்வு அடர்த்தி, குறைந்த உள்ளக இழப்பு மற்றும் உயர் ஊடுருவுத்திறன் ஆகியவற்றை ஒருங்கிணைக்கும் ஒரே பொருள் நானோபடிகம் மட்டுமே.

ஆனால், “கோட்பாட்டு ரீதியாக உயர்ந்தது” மற்றும் “வணிக ரீதியாக சாத்தியமானது” என்பவை இரண்டு வெவ்வேறு விஷயங்கள். உயர் அதிர்வெண் இழப்புகள், செயலாக்கச் சிரமம், வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் இரைச்சல் ஆகிய நான்கு பெரும் தடைகள் முறையாகக் களையப்படும் வரை, நானோகிரிஸ்டலின் ஒரு நிரூபிக்கப்பட்ட உழைக்கும் குதிரையாக இல்லாமல், ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய பொருளாகவே நீடிக்கும். ஜாங் ஹுவா குறிப்பிட்டது போல, முன்னேறிச் செல்வதற்கான பாதையானது, குறைந்த அளவிலான ஒரே சீரான போட்டியிலிருந்து, தரம் சார்ந்த, புதுமையால் உந்தப்படும் வளர்ச்சிக்கு மாறுவதைக் கோருகிறது.

போட்டி தொடங்கிவிட்டது. பில்லியன் டாலர் மதிப்புள்ள திடப் பொருள் அறிவியல் (SST) துறையை நானோ படிகங்களால் தாங்கிப் பிடிக்க முடியுமா என்பது கேள்வியல்ல. கேள்வி என்னவென்றால்: யார் முதலில் இந்தத் தடைகளை உடைத்து முன்னேறுவார்கள், அதற்கு எவ்வளவு காலம் ஆகும்?